論文の概要: Genesis: A Compiler Framework for Hamiltonian Simulation on Hybrid CV-DV Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.13683v1
• Date: Mon, 19 May 2025 19:32:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-21 14:49:52.501492
• Title: Genesis: A Compiler Framework for Hamiltonian Simulation on Hybrid CV-DV Quantum Computers
• Title（参考訳）: Genesis:ハイブリッドCV-DV量子コンピュータにおけるハミルトニアンシミュレーションのためのコンパイラフレームワーク
• Authors: Zihan Chen, Jiakang Li, Minghao Guo, Henry Chen, Zirui Li, Joel Bierman, Yipeng Huang, Huiyang Zhou, Yuan Liu, Eddy Z. Zhang,
• Abstract要約: Genesisは、ハイブリッド連続可変(CV)と離散可変(DV)量子コンピューティングシステムでハミルトンシミュレーションをサポートするように設計された最初のコンパイラである。 ターゲットとするハイブリッドCV-DV量子コンピュータのネイティブ命令セットを用いて、入力されたハミルトニアンを基底ゲートに分解する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.0342858131015
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This paper introduces Genesis, the first compiler designed to support Hamiltonian Simulation on hybrid continuous-variable (CV) and discrete-variable (DV) quantum computing systems. Genesis is a two-level compilation system. At the first level, it decomposes an input Hamiltonian into basis gates using the native instruction set of the target hybrid CV-DV quantum computer. At the second level, it tackles the mapping and routing of qumodes/qubits to implement long-range interactions for the gates decomposed from the first level. Rather than a typical implementation that relies on SWAP primitives similar to qubit-based (or DV-only) systems, we propose an integrated design of connectivity-aware gate synthesis and beamsplitter SWAP insertion tailored for hybrid CV-DV systems. We also introduce an OpenQASM-like domain-specific language (DSL) named CVDV-QASM to represent Hamiltonian in terms of Pauli-exponentials and basic gate sequences from the hybrid CV-DV gate set. Genesis has successfully compiled several important Hamiltonians, including the Bose-Hubbard model, $\mathbb{Z}_2-$Higgs model, Hubbard-Holstein model, Heisenberg model and Electron-vibration coupling Hamiltonians, which are critical in domains like quantum field theory, condensed matter physics, and quantum chemistry. Our implementation is available at Genesis-CVDV-Compiler(https://github.com/ruadapt/Genesis-CVDV-Compiler).
• Abstract（参考訳）: 本稿では,ハイブリッド連続変数(CV)と離散変数(DV)量子コンピューティングシステム上でのハミルトンシミュレーションをサポートするために設計された最初のコンパイラであるGenesisを紹介する。 Genesisは2段階のコンパイルシステムである。 最初のレベルでは、入力されたハミルトニアンをターゲットハイブリッドCV-DV量子コンピュータのネイティブ命令セットを使用して基底ゲートに分解する。 第2のレベルでは、第1のレベルから分解されたゲートの長距離相互作用を実装するために、qumodes/qubitsのマッピングとルーティングに取り組む。 クビットベース(またはDVのみ)システムに類似したSWAPプリミティブに依存する典型的な実装ではなく,ハイブリッドCV-DVシステムに適した接続対応ゲート合成とビームスプリッタSWAP挿入の統合設計を提案する。 また、ハイブリッドCV-DVゲートセットからパウリ指数および基本ゲートシーケンスを表現するために、CVDV-QASMと呼ばれるOpenQASMのようなドメイン固有言語(DSL)を導入する。 ジェネシスは、Bose-Hubbardモデル、$\mathbb{Z}_2-$Higgsモデル、Hubbard-Holsteinモデル、Heisenbergモデル、Electron-vibration coupling Hamiltoniansなど、量子場論、凝縮物質物理学、量子化学などの領域において重要な分野である。 我々の実装はGenesis-CVDV-Compiler(https://github.com/ruadapt/Genesis-CVDV-Compiler)で利用可能です。

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